探討廢水處理PLC及變頻調(diào)速技術(shù)

黎界鋒

（廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司廣東 廣州 510000）

探討廢水處理PLC及變頻調(diào)速技術(shù)

黎界鋒

（廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司廣東 廣州 510000）

在我國，水資源短缺一直是一項重要的民生問題，因此實現(xiàn)對污水的處理實現(xiàn)其循環(huán)使用可以減少水資源浪費還能實現(xiàn)水源的節(jié)約。這里通過對PLC及變頻調(diào)速技術(shù)的基本知識進行介紹，分析了其在廢水處理中的實際應(yīng)用情況，并通過對污水處理具體環(huán)節(jié)和控制單元進行分析，說明PLC及變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在廢水處理中所體現(xiàn)出的優(yōu)勢。

PLC；變頻調(diào)速；廢水處理

1 前言

經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平提高，隨之增強的便是人們的節(jié)水意識。水資源短缺與廢水處理問題成為人們關(guān)注的重點話題。如何改進廢水處理工藝，提高廢水處理效率已變得越來越重要，將可靠的PLC控制技術(shù)與一些現(xiàn)代化的組態(tài)軟件進行結(jié)合實現(xiàn)廢水處理過程的自動化控制，又可以有效的提高廢水轉(zhuǎn)化效率，提高廢水的循環(huán)利用率。隨著人們生活節(jié)奏加快，城市化程度的加深，人的活動對廢水量的變化起著決定性的作用，每天廢水處理量的變化也是無法估計的，在廢水處理系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，便可以有效控制設(shè)備的準(zhǔn)確度，減小廢水處理設(shè)備在廢水處理過程的啟停周期，從而保證廢水處理設(shè)備的使用壽命得以延長，而且變頻調(diào)速技術(shù)的使用還能解決廢水處理系統(tǒng)實際處理量與設(shè)計之初的預(yù)測量之間存在的偏差，從而保證廢水處理工藝流程滿足廢水處理要求。

2 PLC基本工作原理及變頻器的類型

PLC的許多優(yōu)點都與計算機相似，但是在具體應(yīng)用中其工作方式卻表現(xiàn)出了一些不同。計算機所采用的工作方式一般是等待命令。例如在進行常見的鍵盤掃描和UO掃描時，只有當(dāng)具體的操作像鍵盤被按下或UO動作被執(zhí)行才能觸發(fā)相應(yīng)的程序，否則計算機不會做出反應(yīng)。PLC所采用的工作方式屬于循環(huán)掃描，也就是說在進行PLC運作時，既定的應(yīng)用程序首先要按照執(zhí)行順序存入CPU，然后在PLC開始運作后會按照既定的程序逐一執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符后重新返回第一條程序如此循環(huán)作業(yè)。PLC的這種工作方式主要是由系統(tǒng)控制，按照一定順序?qū)Ω鬏斎朦c的狀態(tài)進行掃描，之后程序本身對掃描的數(shù)據(jù)進行處理，然后再按輸入的順序向輸出點發(fā)出對應(yīng)的控制信號。這一過程主要包括自診斷、編程器間通信、采集數(shù)據(jù)輸入、既定程序執(zhí)行以及數(shù)據(jù)輸出刷新五個階段。

變頻器的類型分為多種，根據(jù)電能轉(zhuǎn)換的情況的不同變頻器可分為交流-交流與交流-直流-交流兩種。其中，交流-直流-交流變頻器主要應(yīng)用于中小型異步電動機變頻調(diào)速電源，與交流-交流變頻器不同，它不能直接將工頻電源轉(zhuǎn)變成工作所需頻率的交流電，而是間接地先進行工頻交流電向直流的轉(zhuǎn)變，然后在逆變器的作用下在將轉(zhuǎn)變的直流電變成所需頻率的交流電。廢水處理體系中變頻調(diào)速裝置所采用的變頻器主要為交流-交流模式。

3 變頻調(diào)速的優(yōu)點

變頻器具有以下的特點：變頻器有過電流保護，過載保護，過熱及短路保護，并且對電機具有過載超速，防止失速過電流。急加速時，如果電機跟蹤不好，則過電流保護電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行，在負(fù)載電流減少之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降，防止失速在發(fā)生過電壓等的保護功能。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，大功率晶體管電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用。

4 廢水處理的工藝中PLC及變頻調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用

4.1 工業(yè)廢水處理工藝

工業(yè)廢水主要包括工業(yè)補給水系統(tǒng)中產(chǎn)生的再生廢水、實驗室產(chǎn)生的實驗廢水、工業(yè)鍋爐取樣產(chǎn)生的取樣廢水、鍋爐清洗過程產(chǎn)生的清洗廢水以及鍋爐排污水和煤場等地產(chǎn)生的清洗廢水。對于工業(yè)廢水的要求就是不對外排放，經(jīng)酸堿中和的廢水火鍋爐區(qū)產(chǎn)生的濁度較低的廢水可以直接循環(huán)利用，工業(yè)廢水的處理主要流程如圖1所示。

圖1 工業(yè)廢水的處理主要流程圖

4.1.1 對加絮凝劑單元和加助凝劑單元分析

本次研究的主要過程涉及的方面是廢水處理工藝中的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于絮凝劑及助凝劑的添加過程，并通過PLC對其進行程序調(diào)控，保證加藥量根據(jù)實際的工作變化及時作出調(diào)整，PLC的應(yīng)用充分做到了對不同情況下污水處理工藝的程序化控制，及時反饋，及時對加藥速率進行變頻調(diào)控，保證正常的廢水處理，同時減少浪費，實現(xiàn)廢水處理的高效性。

4.1.2 加酸單元和加堿單元

工藝要求決定工業(yè)廢水處理的PH值以出口采樣點的檢測值為準(zhǔn)，并將該檢測值作為對控制系統(tǒng)的反饋，通過此測量值對接下來工藝中的酸堿施加量進行調(diào)整，使得最后的PH檢測數(shù)據(jù)滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。研究系統(tǒng)的廢水排放PH值定在7～8.5，并需要通過兩種不同的PID運算結(jié)果檢驗其是否符合達標(biāo)范圍。對酸堿加藥泵分別實施變頻調(diào)速控制及用一個控制變量直接對兩個或兩個以上的操縱變量進行分時分階段控制，這將是一個較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。除此之外，在酸堿加藥體系對廢水進行中和調(diào)控時，應(yīng)根據(jù)檢測值分別加入酸性藥劑或堿性藥劑，從而避免同時加入造成的藥劑浪費，因此在進行PLC程序編制時應(yīng)注意酸堿加藥泵的開關(guān)時間，保證酸堿加藥泵分時段工作，并根據(jù)廢水量的多少實現(xiàn)對酸堿藥劑加入量的變頻調(diào)速控制。

4.2 PLC及變頻技術(shù)的控制結(jié)構(gòu)

4.2.1 控制系統(tǒng)的硬件組成

實驗系統(tǒng)中主要選擇西門子公司的SIMATICS7-200（S7-1200最新）和SIMATICS7-300（S7-1500最新）系列的PLC可編程控制器作為主要硬件，系統(tǒng)中主站的控制器選擇SIMATICS7-300型的PLC而從站則采用200的PLC，主站和從站之間的數(shù)據(jù)交換通過PROFIBUSDP來實現(xiàn)。200系列的中央處理器模塊主要是CPU226CN型，該機集成了24位輸入和16位輸出總共四十個I/O數(shù)字量點，而且可同時連接7個擴展模塊，最大可以擴展到248路數(shù)字量或35路模擬量I/O點，具備PID控制器和13K字節(jié)的數(shù)據(jù)和程序存儲空間，同時還具有兩個RS485通訊/編程口且具有PPI、MPI通訊協(xié)議以及自由的通訊能力。主站的中央處理器采用的是CPU315-2DP型，該處理器具備了對中、大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲能力。

4.2.2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在不存在初始條件的情況下，通過對描述系統(tǒng)運動的微分方程進行拉氏變換可以得到反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)，對于復(fù)雜的系統(tǒng)該調(diào)解機制也會相應(yīng)變得復(fù)雜。在實際廢水處理過程中，一般通過對廢水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的把握，根據(jù)原件的傳遞函數(shù)直接推導(dǎo)出系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)。通過反饋調(diào)節(jié)，PLC對反饋信號進行處理分析，然后對變頻器進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對加藥速率的調(diào)節(jié)。圖2是廢水處理過程加藥控制環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 廢水處理過程加藥控制環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖

4.2.3 控制方式

手動控制。廢水處理設(shè)備中攪拌器、加藥泵以及其它電氣設(shè)備的啟停都是通過控制上柜上的啟停按鈕進行控制的，在這種模式下加藥泵運行過程的加藥量是維持恒定的。就地自動方式。在自動模式下，只需人為控制加藥泵的啟停，后續(xù)的調(diào)控工作便可由PLC端對變頻器進行調(diào)節(jié)，從而控制加藥速率。加絮凝劑與助凝劑的單元需要人為介入控制其設(shè)備的啟停，而對于酸堿加藥單元的控制則可完全實現(xiàn)PLC的自動化控制。遠程自動控制?？刂剖覂?nèi)的操作人員可以通過設(shè)備與控制器間的的點對點連接方式實現(xiàn)對加藥泵啟停的遠程控制，同時也可以實現(xiàn)對加藥泵等廢水處理設(shè)備的監(jiān)控。GPRS及PLC技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用保證了遠程監(jiān)控調(diào)節(jié)的便利性，同時加藥泵變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了藥物施放的動態(tài)調(diào)節(jié)，提高了廢水處理的效率。3種控制方式可根據(jù)具體情況自由選取，可以根據(jù)檔位開關(guān)的位置決定當(dāng)前廢水處理系統(tǒng)采取的運行模式。

交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)的性能勝過任何一種交流調(diào)速方式，而且結(jié)構(gòu)簡單。在節(jié)能及減少維修，提高產(chǎn)量，保證質(zhì)量等方面都取得了明顯的經(jīng)濟效益。變頻器調(diào)速具有精度高，穩(wěn)定性好以及噪音小，可連續(xù)調(diào)速，起動電流小，最高速度不受電源影響。所以變頻調(diào)速技術(shù)在廢水處理中的使用不僅可以保證在日廢水量出現(xiàn)大幅度變動時，廢水處理廠能夠正常運作，還能保證在廢水處理過程根據(jù)不同的日廢水量對廢水處理過程的加藥設(shè)備進行調(diào)控，保證廢水處理設(shè)備正常運作的同時減少不必要的藥品浪費，減少廢水處理設(shè)備在運作過程中產(chǎn)生的磨損，節(jié)約廢水處理成本。

5 結(jié)語

PLC可控編程控制器及變頻調(diào)速技術(shù)已在電氣控制領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，所以具備一定電氣方面基礎(chǔ)的人只需要經(jīng)過一定的簡單培訓(xùn)，便可勝任對相關(guān)設(shè)備的維護以及操作工作。將PLC及變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于廢水處理過程的加藥環(huán)節(jié)，大大減輕了廢水處理廠工作人員的勞動強度，而且變頻式的速率調(diào)節(jié)也在一定程度上減少了設(shè)備的磨損，延長了廢水處理設(shè)備的使用壽命，廢水處理廠的電氣自動化程度也因此得到了很大程度的提高。針對于廣州多雨的天氣，生活廢水的處理更是廢水處理廠作業(yè)的主體，PLC及變頻調(diào)速技術(shù)使用使得廢水處理廠處理廢水的能力更具多變性，廢水處理也更加高效。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[J].北京：機械工業(yè)出版，2013，17（08）：26～37.

[2]胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[J].北京：機械工業(yè)出版社，2014，19（05）：37～45.

[3]章以鈞.可編程序控制器的發(fā)展動向：工業(yè)出版社，2003.

[4]畢海婷，任大偉.PLC與變頻器的調(diào)速自動化在節(jié)能工程中的應(yīng)用分析[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，5（10）.

X703.1

A

1004-7344（2016）16-0235-02

2016-5-20